CN108414725B - 考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置，包括：探土器杆；能相互替换地安装至所述探土器杆的一端的探土系统和检测系统；用于从所述检测系统接收检测到的土壤数据的地面接收设备。本发明能够有效地对一定深度的文物埋藏土壤进行在线的数据采集。

Description

考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置

技术领域

本发明属于文物保护领域，具体地，涉及一种用于考古现场，对一定深度文物埋藏土壤进行在线检测的装置。

背景技术

我国历史悠久，是世界四大文明古国之一，拥有世界上唯一不曾中断过的灿烂文明，留下了大量珍贵的文化遗产。这些文物遗迹不仅是我们研究古代文明及人类生活生产最好的实物载体，也是弘扬中华民族自信心的直接证据来源。文物具有珍贵的历史、艺术、科学价值且不可再生，因此如何科学延长文物寿命、发挥文物最大功效是所有文物保护工作者的一致目标。对于已经发掘抢救出的文物，我们采取有效科学保护手段，避免出土环境对其造成进一步的破坏；而对于依然埋藏在原始土壤环境中的文物，为了更科学的保护它们，避免目前尚不成熟的保护材料、方法对他们造成的二次破坏，不去人为主动破坏这个原始土壤环境的平衡是目前考古及文物保护行业公认的准则。因此，在线实时检测考古现场埋藏文物的土壤环境条件就变得十分必要。

目前，关于土壤的检测，大量研究集中在土质墒情、肥力、田地中表层水分运移、容重、地温等情况的在线检测，关于考古现场一定深度条件下，未出土文物所处遗址环境条件的在线检测则鲜有报道，其中大多只是集中在将遗址土壤采集包裹后、带回实验室中进行测试分析的阶段，这种做法使得遗址土壤温湿度、水分与大气环境已经产生交换，并不能反映未出土文物处于遗址土壤中的真实状况及土壤情况。如何在考古发掘现场，针对一定深度条件下，文物所处土壤环境的在线检测成为目前考古以及文物保护领域亟待解决的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置，能够有效地对一定深度的文物埋藏土壤进行在线的数据采集。

为了解决上述技术问题，本发明的一种考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置，包括：探土器杆；能相互替换地安装至所述探土器杆的一端的探土系统和检测系统；用于从所述检测系统接收检测到的土壤数据的地面接收设备。

根据本发明，通过探土器杆连接探土系统对目标区域进行钻探，到达指定深度后将探土系统卸下，换上检测系统后深入土壤进行检测，检测结果传输至地面接收设备，可以确保在不影响文物地下埋藏环境的前提下实现土壤在线检测。

在本发明中，所述探土系统可包括可装卸地安装至所述探土器杆的所述一端的探土器头。

在本发明中，所述检测系统可包括：外壳，以及容纳于所述外壳内的以下单元：用于探测土壤数据的感应单元；用于对所述感应单元探测到的土壤数据进行数据采集、传输和记录的记录单元；用于驱动所述感应单元和记录单元的驱动单元；用于为所述驱动单元、记录单元及感应单元提供电力的供电单元。

根据本发明，通过供电单元为驱动单元、记录单元和感应单元提供必要的电力，驱动单元推动感应单元向下运动，深入土壤中进行检测，之后记录单元将数据收集并传输至地面接受设备。并通过设置外壳，可防止检测系统下探过程中土壤进入其内部影响使用，同时保护其内部构造，防止外界破坏。

优选地，供电单元的电力来源为检测系统内置碱性电池，可随时随地更换，便于考古现场使用。

在本发明中，所述记录单元采集到的土壤数据可以无线的形式传输至所述地面接收设备。

在本发明中，所述驱动单元可包括：电机；由所述电机驱动旋转的主动齿轮；与所述主动齿轮啮合的齿轮柱；所述电机驱动所述主动齿轮沿所述齿轮柱上下运动以带动所述感应单元和记录单元上下运动。

根据本发明，通过电机顺逆时针转动，带动记录单元与感应单元上下运动。例如，在电机顺时针驱动时，主动齿轮沿与其啮合的齿轮柱向下运动，带动感应单元下探；若电机逆时针驱动，则带动感应单元上升。

优选地，该电机可选择功率较大的电机，能保证有足够的推力将探针推进土壤一定深度。

优选地，所述探土系统和检测系统的外径相同且均不超过50毫米。借助于此，便于探测系统能够最大程度的对目标区域进行钻探。

在本发明中，所述感应单元可包括能从所述外壳的梢端伸出以用于分别探测不同数据的多个探针，各探针分别包括靠近所述记录单元且集成感应点的测端和直径略小于所述测端且用于刺入土壤的探端。

根据本发明，所述感应单元为不同类型的探针，可分别负责探测土壤的多种不同数据，例如pH值，温度和含水率，以及电导率值等。探针由直径不同的两个部分组成，靠近记录单元的部分直径略大，集成感应点，起探测作用，称为测端；另一端直径略小，远端呈尖状，便于刺入土壤，无感应点分布，称为探端。优选地，探针两个部分长度相等，材质相同，可以为合成金属或碳材质类。例如，温度、含水率探针和pH探针可选择不锈钢材质，电导率探针可选择石墨材质。

优选地，所述主动齿轮与所述齿轮柱的长度相等，且与感应单元的探针长度一致，这是为了确保齿轮与齿轮柱分别相互啮合到各自两端时，带动的感应单元探针也刚好完全深入待测土壤或者刚好完全离开已测土壤。

更进一步，主动齿轮、齿轮柱与探针的长度均不超过80毫米，从而避免整个检测系统的长度过长，影响使用的可操控性以及检测的灵敏性。

在本发明中，所述探土器杆的两端均设有连接部，多个所述探土器杆通过所述连接部相互叠加。由此，可根据需要叠加多个探土器杆以探测所需深度的土壤数据。

本发明的有益效果：

本发明的考古现场土壤在线检测装置设备简便、安全、有效，能够满足考古现场一定深度文物土壤环境的检测要求和操作规范，准确有效地对埋藏文物的土壤信息进行了检测，满足目前文物保护要求，具有实际应用性。

本发明可包含权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构的任意组合。尤其是，本发明包含权利要求书的各项权利要求的两个以上的任意组合。

根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述及其他目的、特征和优点。

附图说明

图1为根据本发明一实施形态的考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置的结构示意图；

图2为图1所示的在线检测装置中的探土器头的结构示意图；

图3为图1所示的在线检测装置中的检测系统的结构示意图；

图4为图1所示的在线检测装置中的探土器杆的结构示意图；

图5为图4所示的探土器杆的右视图；

图6为图1所示的在线检测装置中的用于地面实时在线记录、接收数据的地面接收设备的结构示意图；

附图标记：

1、探土器杆；

2、供电单元；

3、电机；

4、外壳；

5、电线；

6、齿轮柱；

7、主动齿轮；

8、记录单元；

9、测端；

10、探端；

11、探针；

12、刻度；

13、探土器头；

14 数据无线传输单元；

15、地面接收设备。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方法进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

针对现有技术中存在的不能反映未出土文物处于遗址土壤中的真实状况及土壤情况的问题，本发明集中于考古出土现场、在线检测一定深度条件下文物所处遗址的环境条件，主要包括遗址土壤的温度、含水量、pH值和电导率等的测试，从而判断对于文物可能会产生的影响甚至损毁的因素。

为此，本发明提供了一种考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置，包括：探土器杆；能相互替换地安装至所述探土器杆的一端的探土系统和检测系统；用于从所述检测系统接收检测到的土壤数据的地面接收设备。

根据本发明，通过探土器杆连接探土系统对目标区域进行钻探，到达指定深度后将探土系统卸下，换上检测系统后深入土壤进行检测，检测结果传输至地面接收设备，确保在不影响地下埋藏环境的前提下实现在线检测文物保存土壤的目的。

具体地，图1至图6示出了根据本发明的一实施形态的考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置，其中图2示出了该实施形态在线检测装置的探土器头的结构示意图；图3示出了该实施形态的在线检测装置的检测系统的结构示意图；图4示出了该实施形态的在线检测装置的探土器杆的结构示意图；图5示出了图4所示的该实施形态的在线检测装置的探土器杆的右视图；图6示出了该实施形态的在线检测装置的地面接收设备的结构示意图。

如图1至图6所示，本实施形态的考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置，包括：探土器杆1；能相互替换地安装至探土器杆1的梢端的探土系统和检测系统；用于从检测系统接收检测到的土壤数据的地面接收设备15。

如图2所示，探土系统可包括可装卸地安装至探土器杆1的梢端的探土器头13。该探土器头13形成为梢端开口的大致圆柱状，且在其侧壁上形成有沿轴向延伸的缺口。在该探土器头13的基端设有用于安装至探土器杆1的梢端的安装部，该安装部例如可以形成为螺纹结构。

如图1和图3所示，检测系统可包括：外壳4，以及容纳于所述外壳4内的以下单元：用于探测土壤数据的感应单元；用于对所述感应单元探测到的土壤数据进行数据采集、传输和记录的记录单元8；用于驱动所述感应单元和记录单元8的驱动单元；用于为所述驱动单元、记录单元8及感应单元提供电力的供电单元2。由此，通过供电单元2为驱动单元、记录单元和感应单元提供必要的电力。且供电单元固定在外壳内顶部。供电单元2的电力来源可以为检测系统内置碱性电池，可随时随地更换，便于考古现场使用。驱动单元推动感应单元向下运动，深入土壤中进行检测，之后记录单元8将数据收集并传输至地面接受设备。通过设置外壳4，防止检测系统下探过程中土壤进入其内部影响使用，同时保护检测系统的内部构造，防止外界破坏。上述外壳4可以为高强度、耐磨耐腐蚀等材质。在本发明中选择碳纤维材质。

另外，记录单元8采集到的土壤数据可以无线的形式传输至前述地面接收设备15，例如通过图1和图3所示的数据无线传输单元14。由工作人员通过地面接收设备15整理和分析，得出检测结果。

还如图1和图3所示，驱动单元可包括：电机3；由电机3驱动旋转的主动齿轮7；与主动齿轮7啮合的齿轮柱6。进一步而言，电机固定在供电单元下部，且电极相互连通。主动齿轮7的一端与电机3的旋转位固定，随着电机3内部结构的带动而转动，并沿齿轮柱6上下运动，进而带动前述感应单元和记录单元上下运动。具体地，通过电机3顺逆时针转动，带动记录单元与感应单元上下运动。例如，在电机3顺时针驱动时，主动齿轮7沿与其啮合的齿轮柱6向下运动，带动感应单元下探；若电机3逆时针驱动，则带动感应单元上升。电机3可选择功率较大的电机，能保证有足够的推力将探针推进土壤一定深度。主动齿轮7与齿轮柱6的长度相等，均不超过80毫米。

还如图1和图3所示，感应单元可包括能从外壳4的梢端伸出以用于分别探测不同数据的多个探针11。例如，pH值，温度和含水率，以及电导率值等。在本实施形态中，设有三个探针11可分别探测pH值，温度和含水率，以及电导率值。各探针11由直径不同的两个部分组成，靠近记录单元8的部分直径略大，集成感应点，起探测作用，称为测端9；另一端直径略小，远端呈尖状，便于刺入土壤，无感应点分布，称为探端10。优选地，探针两个部分长度相等，材质相同，可以为合成金属或碳材质类。例如，温度、含水率探针和pH探针可选择不锈钢材质，电导率探针可选择石墨材质。

进一步地，规定探针11长度与齿轮柱6长度相同，不超过为80毫米，探端10和测端9长度相等，本实施形态中探端10截面直径约为3毫米，测端9截面直径约为5毫米。

根据本发明，探针前后端设计不同直径差异不仅保证了探针感应端在深入过程中不被质地坚硬的物质损坏，而且直径的微小差异，可以确保测端最终能被待测土壤完全包裹，得到准确有效的数据。

本实施形态中，探针11随驱动单元驱动感应单元运动，探端10首先接触土壤下探，防止未知土壤出现质地坚硬部分对探针11的测端9造成损伤。随着探针11深入，如果土壤中有硬物阻挡，超过电机3最大功率尚不能继续深入，则驱动单元自动停止并反馈至地面控制，工作人员控制电机3逆时针转动收起探针11，将该装置整体水平转动30至60°后重新下探，直到探针11的测端9能够被待测土壤包裹，则驱动单元停止驱动，探针开始检测。

此外，上述探土系统和检测系统的外径相同且均不超过50毫米。借助于此，便于探测系统能够最大程度的对目标区域进行钻探。

如图1和图4所示，探土器杆1的两端均设有连接部，两端的连接部例如可以是相互匹配的螺纹口。借助于此，多个探土器杆1可相互叠加。由此，可根据需要叠加多个探土器杆以探测所需深度的土壤数据。

本实施形态中，探土器杆1可通过两端的螺丝纹口不断叠加长度，每节探土器杆长度为1米，且在探土器杆上以厘米为最小单位标记刻度12，便于工作人员计算钻探深度。上述探土器杆1相互之间的螺纹连接处都有三处标记，对应着感应单元三根探针的方向，并用字母T、P、C标记，分别代表温度和含水率，酸碱度，以及电导率值，不仅便于地面操作人员记录探测点的准确位置，而且避免之后多次探测出现点位的重复和错误。优选地，上述探土器杆1的材质可以为坚硬耐磨的钢材类。在本实施形态中，推荐使用硅锰钢。

以下根据图1至图6所示的实施形态进一步详细地说明本发明的考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置的工作过程。

选择陕西西安境内一考古遗址，坐标经纬度为109.2610^。，34.3867^。。确定探测的目标范围后，将探土器杆1与探土器头13连接，开始对目标区域钻探。及时观察探土器头13带出土的土质土色，判断是否到达预定的探测深度。根据探土器杆1叠加的数量及探土器杆上的刻度12估算出探测深度约为10米。将探土器头13从探土器杆1上取下，换上检测系统，缓慢放到指定深度，通过地面无线传输装置控制驱动单元工作，电机3开始转动，带动主动齿轮7旋转，沿齿轮柱6顺时针向下运动，探针11逐渐深入土壤，直到主动齿轮7运动至齿轮柱6最底端，探针11的测端9与探端10完全深入土壤，开始检测。10分钟之后，数据由记录单元8采集并用数据无线传输装置14传输至地面接收设备15。逆时针转动收起探针11并将整个装置旋转45°，重复上述步骤再次下探，得到又一组数据，两组数据取平均值得到测试结果：在地下深度10米处，文物埋藏土壤的环境平均温度为13.9℃，含水率为16.68%，pH值为9.25，电导率值为88.10us/cm。

产业应用性

本发明的考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置设备简便、安全、有效，能够满足考古现场文物埋藏土壤的检测要求和操作规范，有效的对一定深度的文物埋藏土壤进行了在线的数据采集，避免了传统方法中埋藏遗址土壤测试的温湿度、水分等与大气环境的交换，能够真实反映未出土文物处于遗址地下的真实状况，满足目前考古现场检测及文物保护的需求，具有实际应用性。

在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。

Claims (4)

1.一种考古现场文物埋藏土壤的在线检测装置，其特征在于，包括：

探土器杆；

能相互替换地安装至所述探土器杆的一端的探土系统和检测系统；以及

用于从所述检测系统接收检测到的土壤数据的地面接收设备；

所述检测系统包括：

外壳，以及容纳于所述外壳内的感应单元、记录单元、驱动单元和供电单元；

所述感应单元用于探测土壤数据；

所述记录单元用于对所述感应单元探测到的土壤数据进行数据采集、传输和记录；

所述驱动单元用于驱动所述感应单元和记录单元；

所述供电单元用于为所述驱动单元、记录单元及感应单元提供电力；

所述驱动单元包括：

电机；

由所述电机驱动旋转的主动齿轮；以及

与所述主动齿轮啮合的齿轮柱；

所述电机驱动所述主动齿轮沿所述齿轮柱上下运动以带动所述感应单元和记录单元上下运动；

所述感应单元包括能从所述外壳的梢端伸出以用于分别探测不同数据的多个探针，各探针分别包括靠近所述记录单元且集成感应点的测端和直径略小于所述测端且用于刺入土壤的探端，所述主动齿轮、所述齿轮柱与所述探针的长度相等；

所述探土器杆的两端均设有螺纹连接部，多个所述探土器杆通过所述螺纹连接部相互叠加，所述探土器杆相互之间的所述螺纹连接部处都有三处标记，对应着感应单元三根所述探针的方向；

所述探土系统包括可装卸地安装至所述探土器杆的所述一端的探土器头，所述探土器头形成为梢端开口的大致圆柱状，且在其侧壁上形成有沿轴向延伸的缺口。

2.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述记录单元采集到的土壤数据以无线的形式传输至所述地面接收设备。

3.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述探土系统和检测系统的外径相同且均不超过50毫米。

4.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述主动齿轮、所述齿轮柱与所述探针的长度均不超过80毫米。

Images